德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 李先旺 于士軍

防酒后駕駛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 李先旺 于士軍

酒后駕駛造成交通事故頻繁發(fā)生，此控制系統(tǒng)主要用來防止醉酒駕駛。該系統(tǒng)由一個(gè)酒精傳感器、微控制器、一個(gè)電壓比較器、繼電器、電源、語音報(bào)警模塊和其他組件組成。用C51單片機(jī)集成了模擬測(cè)試儀模擬仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示：駕駛員酒精含量超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，切斷控制電源，實(shí)現(xiàn)控制功能。

酒后駕駛；酒精傳感器；繼電器

1 引言

中國(guó)近年來在機(jī)動(dòng)車保有量迅速增加，隨著機(jī)動(dòng)車輛的激增，機(jī)動(dòng)車交通事故逐漸增多，酒后駕駛發(fā)生的交通事故占全年總交通事故的百分之八十。如何減少或者預(yù)防酒后駕駛行為的出現(xiàn)是擺在各級(jí)交管部門面前的一道難題，迫切需要一款實(shí)用性強(qiáng)、使用便利的防酒后駕駛控制系統(tǒng)。本文針對(duì)市場(chǎng)需求，設(shè)計(jì)開發(fā)了一款防酒后駕駛控制系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)由酒精傳感器、微控制器、電壓比較器、繼電器、電源、語音報(bào)警模塊等組成。它的工作原理是，通過酒精傳感器檢測(cè)駕駛員呼出氣體的酒精濃度，由傳感器將信號(hào)發(fā)送給微控制器，微控制器通過駕駛員的呼出氣體的酒精濃度與控制繼電器的工作值進(jìn)行對(duì)比，從而控制電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，如果駕駛員呼出氣體的酒精濃度超標(biāo)，繼電器控制點(diǎn)火裝置不工作，無法啟動(dòng)車輛，同時(shí)進(jìn)行語音報(bào)警。

3 防酒后駕車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 氣體傳感器的種類及其工作原理

氣體傳感器是將檢測(cè)到的氣體的濃度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳遞給微控制器，用以控制繼電器工作。主要有接觸燃燒式氣體傳感器，半導(dǎo)體式氣體傳感器，電化學(xué)氣體傳感器等幾種。在工業(yè)上經(jīng)常使用的是半導(dǎo)體氣體傳感器。半導(dǎo)體氣體傳感器是利用半導(dǎo)體與氣體接觸后其特性發(fā)生變化的原理，把被測(cè)氣體的成分和濃度等信息轉(zhuǎn)換成信號(hào)，由此來測(cè)量氣體濃度。本設(shè)計(jì)選用半導(dǎo)體氣體傳感器。

3.2 單片機(jī)及其選型

從使用形狀上，微型計(jì)算機(jī)可以分為3種：系統(tǒng)機(jī)、單板機(jī)和單片機(jī)。單片機(jī)的特點(diǎn)是：價(jià)格低，速度快，體積小，因而得到廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)使用的單片機(jī)為AT89S51單片機(jī)，AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP （In-system programmable）的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。詳見圖1。

圖1 AT89S51單片機(jī)及外圍電路

3.3 防酒后駕車控制器的控制電路及工作原理

結(jié)合防酒后駕車控制系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計(jì)控制電路如圖2所示。

圖2 防酒后駕車控制器的控制電路

此電路中QM-J1為間接加熱的氣體傳感器，半導(dǎo)體傳感器加熱絲和測(cè)量電極分開，加熱絲不與感光材料接觸，減小電路之間的相互影響，該裝置的熱容量較大，穩(wěn)定性好，可靠性高。

具體工作情況如下：如果駕駛員沒有飲酒，開關(guān)S閉合，繼電器K1通電，K1-1引入點(diǎn)火，發(fā)生器準(zhǔn)備關(guān)閉；而加熱元件的氣體感測(cè)裝置開始加熱；此時(shí)氣體傳感器中，電極間電阻B為大，U2為高電平，U1為低電平，定時(shí)器關(guān)閉，K2繼電器線圈通電時(shí)，K2-1保持閉合，發(fā)生器點(diǎn)火，汽車起動(dòng)，發(fā)光二極管VD1通電發(fā)射綠光。如果駕駛員醉酒駕駛，氣敏裝置A、B的發(fā)射極電阻急劇下降，U2為低電平，U1為高電平，計(jì)時(shí)器被接通，3腳輸出低電平，K2繼電器線圈通電時(shí)，K2-1關(guān)閉，無法啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，K2-2常開觸點(diǎn)閉合，發(fā)光二極管VD2發(fā)射紅光作為警告不能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

3.4 樣品制作與調(diào)試

為了測(cè)試控制系統(tǒng)工作狀況，特搭接電路，做出樣品進(jìn)行測(cè)試。電路板側(cè)。防酒后駕駛控制系統(tǒng)酒精傳感器測(cè)試范圍在10～1000ppm，依靠酒精傳感器模塊測(cè)試不同酒精樣品，觀察報(bào)警器工作狀態(tài)，以確定所測(cè)試控制系統(tǒng)工作是否正常。駕駛?cè)孙嬘貌煌臉悠肪?，隨著酒精攝入量增加，觀察報(bào)警器的工作狀態(tài)。

表1 飲酒品種及量的變化所對(duì)應(yīng)報(bào)警器工作的情況

4 總結(jié)

所設(shè)計(jì)防酒后駕駛控制系統(tǒng)由一個(gè)酒精傳感器、微控制器、一個(gè)電壓比較器、繼電器、電源、語音報(bào)警模塊和其他組件組成。通過對(duì)氣體傳感器及單片機(jī)的選取，并設(shè)計(jì)適合檢測(cè)及報(bào)警的相應(yīng)電路，并通過樣品的制作，實(shí)現(xiàn)了通過此系統(tǒng)的檢測(cè)，有效控制酒后駕駛行為的出現(xiàn)，保障安全出行。下一步需在便利性、準(zhǔn)確性及與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

［1］趙衛(wèi)興，高巖，陳鷹.我國(guó)酒后駕駛現(xiàn)狀分析，2015.

［2］岳睿.呼出式酒精傳感器的研究進(jìn)展，2013.

［3］梁集賢，楊青，荊瑩.駕駛員血液中乙醇濃度相關(guān)性研究，2013.